模糊数学在菠萝果乳固体饮料制备中的应用.pdf

Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术 2012年第1期 徐慧诠1，郑为完2，高媛媛2 （1.福建师范大学福清分校，福建福清350300； 2.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047） 摘要：以大豆油为芯材，菠萝果汁及其他材料为壁材，结合微胶囊技术采用喷雾干燥制备新型的菠萝果汁粉末油 脂，并以菠萝果汁粉末油脂为原料，添加乳粉、白砂糖及柠檬酸以模糊数学感官评价法采用正交实验配制新型的菠萝 果乳固体饮料。结果表明，菠萝果汁固体饮料较优的配方为：菠萝果汁粉末油脂20g、乳粉12g、白砂糖16g、柠檬酸0.1g， 热水冲融后为均匀细腻乳状液，气味宜人，酸甜可口。 关键词：菠萝果汁，粉末油脂，模糊数学，感官评价，固体饮料 Application of fuzzy mathematics in the preparation of pineapple fruit milk solid beverage XU Hui-quan1，ZHENG Wei-wan2，GAO Yuan-yuan2 （1.Fuqing Branch， Fujian Normal University， Fuzhou 350300， China； 2.State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330047， China ） Abstract： Pineapple juice powder oil was prepared by spray drying，with the soybean oil as core material， pineapple fruit juice and other materials as wall materials. A new type of pineapple fruit milk solid beverage was prepared through orthogonal test by sensory evaluation method of fuzzy mathematics，with pineapple juice powder oil，milk powder，sugar and citric acid as the major materials. The experimental results indicated that the best formula of the solid beverage was as follows：20g pineapple juice powder oil，12g milk powder，16g sugar and 0.1g citric acid. The dissolution of the solid beverage was homogeneous，delicious and had pleasant aroma. Key words： pineapple juice；powder oil；fuzzy mathematics；sensory evaluation；solid beverage 中图分类号：TS275.4文献标识码：A文 章 编 号：1002-0306（2012）01-0308-04 收稿日期：20110117 作者简介：徐慧诠（1964-），男，教授，硕士，主要从事微胶囊技术和食 品新资源开发。 菠萝原名凤梨， 原产巴西， 南洋称凤梨。菠萝果 实营养丰富， 果肉中除含有还原糖、 蔗糖、 蛋白质、 粗 纤维和有机酸外， 还含有人体必需的维生素C、 胡萝 卜素、 硫胺素、 尼克酸等维生素。以及易为人体吸收 的钙、 铁、 镁等微量元素1-2。果乳为果汁和牛奶混合 调制成的饮料， 又称为果奶。 果乳既具有牛奶中蛋白 质的营养， 又具有果汁的芳香、 色泽及其他矿物质营 养， 两者相互协调， 起到营养互补、 风味及口感相互 协调等作用3。但现在的果乳多为液态饮料， 是乳浊 液、悬浮液和真溶液混合成的一种复杂的不稳定体 系，很容易因为外界环境或者时间的延长引起体系 的不稳定4。本实验以大豆油为芯材， 菠萝果汁及其 他材料为壁材，经过喷雾干燥制备菠萝果汁粉末油 脂，能够有效地将菠萝的营养保留在微胶囊的壁材 中， 添加乳粉、 白砂糖， 以模糊数学评价法配制的菠 萝果乳固体饮料能够有效地解决液态果乳乳化体系 不稳定、 保质期较短等问题， 是一种富有营养、 新型 的固体饮料。 1材料与方法 1.1材料与设备 新鲜菠萝、 白砂糖市售； 大豆油 （市售 ） 中粮 集团； 淡奶粉雀巢食品有限公司； 辛烯基琥珀酸淀 粉酯实验室自制； 糊精上海青析化工科技有限公 司； 藻酸丙二醇酯 （ Propylene Glycol Alginate， PGA ） 青 岛明月海藻集团有限公司； 羧甲基纤维素钠 （CMC- Na ） 国药集团化学试剂有限公司； 聚甘油脂肪酸酯 金华市南山食品添加剂有限公司； 柠檬酸上海焱晨 化工实业有限公司； 其他试剂均为分析纯。 食品料理机山东九阳股份有限公司； SLS高压 均质机上海东华高压均质机厂； MDRP-5型离心 机、压力二流体喷雾干燥机锡山市现代喷雾干燥 机厂； GKC可控硅恒温水浴锅上海锦屏仪器仪表 模糊数学在菠萝果乳固体饮料 制备中的应用 308 工 艺 技 术 Vol.33,No.01,2012 2012年第1期 有限公司； FA1604电子天平上海精天电子仪器厂。 1.2实验方法 1.2.1菠萝果乳固体饮料制备工艺流程 辛烯基琥珀酸淀粉酯、糊精、稳定剂 菠萝榨汁滤液高压均质喷雾干燥菠萝果汁粉末油脂 乳化剂大豆油乳粉、白砂糖、柠檬酸 菠萝果乳固体饮料 1.2.2操作要点a.榨汁后的菠萝汁先用200目纱布 过滤， 再用400目过滤。 b.根据实验室成熟经验， 菠萝果汁粉末油脂制备 配方为： 大豆油30%， 乳化剂 （聚甘油脂肪酸酯 ） 0.5%， 辛烯基琥珀酸淀粉酯12%， 稳定剂： PGA 0.5%、 CMC-Na 0.5%， 菠萝果汁添加量 （以固形物计算 ） 25%， 其余为 糊精。 c.辛烯基琥珀酸淀粉酯、 糊精、 稳定剂先添加到 滤液中作为水相， 乳化剂与大豆油作为油相， 水相剧 烈搅拌下加入油相， 之后高压均质、 喷雾干燥5。 d.高压均质压力为30MPa， 采用二次均质法。 e.喷雾干燥进风温度120， 出风温度8892， 进样流速20mL/min， 空气压力0.1MPa6。 f.以菠萝果汁粉末油脂、 乳粉、 白砂糖、 柠檬酸为 考察因素， 进行正交实验， 实验结果以模糊数学感官 评定分数为依据。 g.菠萝固体饮料制备： 白砂糖粉碎过60目筛后， 按要求称取粉末油脂、 乳粉、 白砂糖及柠檬酸， 混匀。 h.冲调： 以70左右的热水冲调， 搅拌均匀， 冷却 后进行感官评价。 1.2.3模糊数学感官评定法简介食品的感官属性 色、 香、 味、 形难以明确划分优劣界限， 而是常常处在 优与劣之间的中间过渡状态。 因此， 感官检验的评判 员在判断食品优劣时， 由于带有主观性， 而致使各个 评判员对同一样品的评判结果不一致，采用统计方 法处理检验数据， 其结果往往不准确7。 对于饮料配方的研究，感官质量评分的离散度 较大， 很难获得较一致的结果。 仅用一个平均数也很 难准确地表示出某一指标应得的分值，会使结果出 现误差。 如果评定的样品数较多， 最后的平均数若出 现相同，很难排列它们的名次。采用模糊数学的方 法， 就可以解决上述问题， 获得一个综合且较客观的 结果8。 1.2.4感官评定方法由10名食品专业的学生组成 评定小组， 对饮料的色泽、 香气、 味道以及综合质感 四个因素作为因素集进行感官评定， 分设五个等级， 优等、 良好、 中等、 较差、 劣等为评语集。要求评定人 员在品评前30min内不可喝酒、 吸烟、 吃糖、 喝咖啡或 品尝其他味道较重的食物。 评定一个样品后， 要求评 定人员以清水漱口， 间隔10min再评定下一个样品9。 全部品评结束后， 收集评定人员的评定表， 进行统计 分析。评定标准见表1。 1.2.5评定论域的确定根据饮料感官质量的指标 内容， 设定： 固体饮料的因素集，即感官质量的指标集U= u1， u2， u3， u4 ， 其中， u1表示色泽， u2表示香气， u3表示 口味， u4表示综合质感。 固体饮料的评语集，即感官质量的评语集V= v1， v2， v3， v4， v5 ， 其中v1表示优等， v2表示良好， v3表示 中等， v4表示较差， v5表示劣等。 1.2.6权重的确定权重分配方案，实际上就是各 因素的重要程度。 一般来说， 饮料的色泽、 香气、 口味 和综合质感这四个因素在饮料的质量上所占的权重是 不同， 根据各因素的权重值确定一个权重向量， 记为 A= （a1， a2， a3， a4） = （0.2， 0.1， 0.2， 0.5 ） ， 并且a1+a2+a3+a4=1。 1.2.7固体饮料配方的确定根据预先实验结果与 实验室的经验，一份固体饮料要用约200mL热水冲 调， 因此以菠萝果汁粉末油脂添加量、 乳粉添加量、 白砂糖添加量、 柠檬酸添加量为考察因素， 其中添加 量以质量计算， 总质量约为一份固体饮料的质量。 以 模糊数学感官评定分数为考察指标， 采用L9（34） 正交 表进行实验， 确定最佳的组合配方， 因素水平见表2。 2结果与讨论 2.1模糊感官评定结果 由10人组成的评定小组，其中5名男生， 5名女 生， 在专门的实验环境中对9个样品按色泽、 香气、 口 表1饮料感官质量评定标准 Table 1Beverage sensory quality evaluation standard 质量等级 得分色泽 （20% ）香气 （10% ）口味 （20% ）综合质感 （50% ） 优等5 无色素颗粒， 色泽均匀， 明亮， 乳黄色 香味浓郁， 果香与乳香协调， 气味宜人 酸甜可口 均匀细腻乳浊液， 无分层， 浓稠合适 良好4 无色素颗粒， 色泽均匀， 暗淡， 乳黄色 香味稍淡， 果香或乳香稍淡 稍偏甜或偏酸， 但口感仍 较好 均匀细腻乳浊液， 无分层， 稍浓稠或稍稀薄 中等3 无色素颗粒， 色泽局部不 均匀， 略灰暗 香味淡， 果香与乳香稍不协调 过甜或过酸， 口感仍可接受 均匀乳浊液， 有颗粒感， 轻微分层， 浓稠度稍差 较差2 稍有色素颗粒， 色泽不均 匀， 灰暗 无香味， 无果香或无乳香过甜或过酸， 口感较差 乳浊液不均匀， 有分层， 较浓或较稀 劣等1 有色素颗粒， 色泽极不均 匀， 极灰暗 无香味， 有其他难以接受气味 极甜或酸涩， 口感难以接受 分层较严重， 极浓稠或极 稀薄 表2固体饮料配方L9（34） 因素水平表 （g ） Table 2Factors and levels of orthogonal experiments （g ） 水平 A 菠萝果汁 粉末油脂 B 乳粉C 白砂糖D 柠檬酸 1158120.1 22010160.2 32512200.3 309 Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术 2012年第1期 味以及综合质感四个因素进行逐一评价，将评定人 员的评定结果收集起来， 进行统计分析， 结果见表3。 由表3可以看出，感官评定的结果并不集中， 存 在差异。如果用平均法来确定感官级别会存在明显 误差，而模糊综合评判是建立在模糊数学基础上的 一种定量评价模式， 可有效地消除人为误差10。 2.2模糊评判矩阵的确定 将表3中每一个实验组合的数据分别除以品评总 人数10， 得到9个模糊评判矩阵， 分别对应19号实验。 R1= （rij）45= 0.7 0.3000 0.2 0.6 0.1 0.1 0 0.1 0.5 0.400 0.3 0.4 0.30 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R2= （rij）45= 0.8 0.1 0.100 0.2 0.5 0.2 0.1 0 0.5 0.2 0.300 0.5 0.4 0.10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R3= （rij）45= 0.6 0.300.1 0 0.7 0.2 0.100 0.3 0.5 0.200 0.4 0.5 0.10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R4= （rij）45= 0.8 0.2000 0.5 0.4 0.100 0.4 0.5 0.100 0.6 0.2 0.20 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R5= （rij）45= 0.6 0.2 0.1 0.1 0 0.5 0.2 0.300 0.5 0.4 0.100 0.4 0.3 0.30 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R6= （rij）45= 0.6 0.300.1 0 0.6 0.4000 0.4 0.3 0.300 0.6 0.2 0.20 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R7= （rij）45= 0.4 0.400.2 0 0.3 0.3 0.400 0.3 0.5 0.200 0.2 0.3 0.50 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R8= （rij）45= 0.6 0.200.2 0 0.4 0.3 0.300 0.1 0.3 0.600 0.1 0.4 0.3 0.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 R9= （rij）45= 0.6 0.3 0.100 0.3 0.7000 0.2 0.7 0.100 0.3 0.5 0.20 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 矩阵中的rij表示饮料的各项评价指标到该指标 评价结果的隶属程度。 2.3计算综合隶属度 根据模糊数学原理，用矩阵乘法计算样品对各 类因素的综合隶属度Y=AR，固体饮料感官质量综 合评判的结果向量计算如下： Y1=AR1= （0.2， 0.1， 0.2， 0.5 ） 0.7 0.3000 0.2 0.6 0.1 0.1 0 0.1 0.5 0.400 0.3 0.4 0.30 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 = （0.33， 0.42， 0.24， 0.01， 0 ） 同理可得， Y2=AR2= （0.53， 0.31， 0.15， 0.01， 0 ） Y3=AR3= （0.45， 0.43， 0.10， 0.02， 0 ） Y4=AR4= （0.59， 0.28， 0.13， 0， 0 ） Y5=AR5= （0.47， 0.29， 0.22， 0.22， 0 ） Y6=AR6= （0.56， 0.26， 0.16， 0.02.0 ） Y7=AR7= （0.27， 0.36， 0.33， 0.04， 0 ） Y8=AR8= （0.23， 0.33， 0.30， 0.14， 0 ） Y9=AR9= （0.34， 0.52， 0.14， 0， 0 ） 2.4综合得分 根据综合得分公式： H= n j=1 jbj及表1的得分标准 计算每个样品的综合得分， 得分越高， 说明样品的色 香味综合质感较好。 H1=0.335+0.424+0.243+0.012+01=4.07 同理， H2=0.535+0.314+0.153+0.012+01=4.36 H3=0.455+0.434+0.103+0.022+01=4.31 H4=0.595+0.284+0.133+02+01=4.46 H5=0.475+0.294+0.223+0.222+01=4.61 H6=0.565+0.264+0.163+0.022+01=4.36 H7=0.275+0.364+0.333+0.042+01=3.86 H8=0.235+0.334+0.303+0.142+01=3.65 H9=0.345+0.524+0.143+02+01=4.20 2.5正交实验结果 根据模糊数学评定法对19个样品进行感官评 价， 结果见表4。 表3感官评定实验结果 Table 3Result of sensory evaluation 实验组合 色泽香气口味综合质感 优良中差劣优良中差劣优良中差劣优良中差劣 A1B1C1D1732611154343 A1B2C2D28112521523541 A1B3C3D3631721352451 A2B1C2D382541451622 A2B2C3D16211523541433 A2B3C1D263164433622 A3B1C3D2442334352235 A3B2C1D36224331361432 A3B3C2D163137271352 （下转第317页） 310 食品添加剂 Vol.33,No.01,2012 2012年第1期 由表4中的极差大小可知， 配方中的考察因素对 饮料的色香味及综合得分影响顺序为A （菠萝果汁粉 末油脂 ） C （白砂糖 ） B （乳粉 ） D （柠檬酸 ） 。通过正 交实验得到的固体饮料配方为A2B3C2D1， 经过验证实 验及评定小组的感官评定，该配方得到的综合得分 为4.63， 比表4中的最大得分要高， 因此可判定菠萝 果乳固体饮料的最优配方为A2B3C2D1， 即配方： 菠萝 果汁粉末油脂20g、 乳粉12g、 白砂糖16g、 柠檬酸0.1g。 3结论 通过正交实验， 以模糊感官评价法评定， 调配出 菠萝果汁固体饮料较优的配方为：菠萝果汁粉末油 脂20g、 乳粉12g、 白砂糖16g、 柠檬酸0.1g。 调配出的菠萝果汁固体饮料经200mL热水冲溶 后为均匀细腻乳浊液， 无分层， 浓稠合适。仔细观察 溶液无色素颗粒， 色泽均匀， 明亮， 呈乳黄色； 且香味 浓郁， 果香与乳香协调， 气味宜人； 品尝后味道酸甜 可口， 别具风味。 这说明所调配出菠萝果乳固体饮料 是能够符合要求的一种新型固体饮料，为固体饮料 添加了新的品种。 参考文献 1 S Elss，C Persotn，C Hezrtig，et al. Aroma profiles of pineapple fruit（Ananas comosusL. Merr.）and pineapple productsJ. Lebensmittel-wissenschaft and Technology，2005，38（3）：263-274. 2 K H Engel，J Heidlas，R Tressl. The flavor of tropical fruits （banana，melon，pineapple）J. Developments in Food Science 3C （food flavors），1990（5）：195-219. 3李娜，李兴民，刘毅含乳饮料的发展及产品介绍J中外 食品，2006（2）：68-70. 4洪有生含乳果汁饮料稳定性问题探讨J食品科学，1994 （2）：34-36. 5张雪春，郑为完，涂宗财辛烯基琥珀酸酶解淀粉酯的性质和 显微结构研究J光谱学与光谱分析，2010，30（11）：2923-2926. 6石燕微胶囊化西藏酥油的制备、微结构及其性质研究D 南昌：南昌大学，2008. 7廖晓峰，于荣，曾康华.多穗柯发泡型固形饮料研制及模糊 数学评定J.华东地质学院学报，2000，23（4）：313-317. 8罗仓学，陈雪峰，刘爱香.模糊数学在果汁饮料质量评比中 的应用J.饮料工业，2004，4（4）：12-14. 9 C M Jesus. Present situation on the descriptive sensory analysis of breadJ. 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